Klasifikace sítí.

Podle územního rozložení

PAN (Personal Area Network) - osobní síť určená pro interakci různá zařízení patří stejnému majiteli.

LAN (místní síť) - lokální sítě mít uzavřenou infrastrukturu, než se dostane k poskytovatelům služeb. Pojem „LAN“ může popisovat jak síť malých kanceláří, tak síť na úrovni velké továrny o rozloze několika stovek hektarů. Zahraniční zdroje dokonce uvádějí přesný odhad v okruhu asi 10 km. Lokální sítě jsou uzavřené sítě, přístup je povolen pouze do nich omezený okruh uživatelů, pro které práce v takové síti přímo souvisí s jejich profesní činností.

CAN (Campus Area Network) - sjednocuje místní sítě okolních budov.

MAN (Metropolitan Area Network) - městské sítě mezi institucemi v rámci jednoho nebo více měst, spojující mnoho lokálních sítí.

WAN (Wide Area Network) je globální síť pokrývající velké geografické regiony, včetně místních sítí a dalších telekomunikačních sítí a zařízení. Příkladem WAN je paketová přepínací síť (Frame relay), jejímž prostřednictvím spolu mohou různé počítačové sítě „mluvit“. Globální sítě jsou otevřené a zaměřené na poskytování služeb všem uživatelům.

Pojem "podniková síť" se v literatuře také používá k označení kombinace několika sítí, z nichž každá může být postavena na jiných technických, softwarových a informačních principech.

Podle typu funkční interakce

Klient-server, Smíšená síť, Peer-to-peer síť, Multi-peer síť

Podle typu topologie sítě

Pneumatika, Prsten, Dvojitý Prsten, Hvězda, Voština, Mříž, Strom, Tlustý Strom

Podle typu přenosového média

Kabelové (telefonní drát, koaxiální kabel, kroucená dvoulinka, optický kabel)

Bezdrátové (přenos informací prostřednictvím rádiových vln v určitém frekvenčním rozsahu)

Podle funkčního účelu

Storage Networks, Server Farms, Process Control Networks, SOHO Networks, House Networks

Podle přenosové rychlosti

nízkorychlostní (do 10 Mbit/s), střední rychlost (do 100 Mbit/s), vysokorychlostní (nad 100 Mbit/s);

V případě potřeby udržovat stálé spojení

Paketová síť jako Fidonet a UUCP, Online síť jako Internet a GSM

Sítě s přepínáním okruhů

Jedním z nejdůležitějších problémů v počítačových sítích je otázka přepínání. Koncept přepínání zahrnuje:

1. mechanismus distribuce trasy pro přenos dat

2. synchronní použití komunikační kanál

Budeme mluvit o jednom ze způsobů řešení problému přepínání, a to o sítích s přepojováním okruhů. Ale je třeba poznamenat, že tomu tak není jediná možnostřešení problémů v počítačových sítích. Ale pojďme blíže k podstatě problému. Sítě s přepínáním okruhů tvoří společný a nerozbitný fyzický úsek (kanál) komunikace mezi koncovými uzly, kterým procházejí data stejnou rychlostí. Je třeba poznamenat, že stejné rychlosti je dosaženo díky absenci „zastávky“ v určitých úsecích, protože trasa je známa předem.

Navazování spojení s sítě s přepínáním okruhů vždy začíná jako první, protože bez připojení se nemůžete dostat k požadovanému cíli. A po navázání spojení můžete bezpečně přenést potřebná data. Pojďme se podívat na výhody sítí s přepínáním okruhů:

1. rychlost přenosu dat je vždy stejná

2. v uzlech nedochází ke zpoždění při přenosu dat, což je důležité pro různé On-line akce (konference, komunikace, video vysílání)

Nyní musím říci pár slov o nedostatcích:

1. Ne vždy se podaří navázat spojení, tzn. někdy může být síť zaneprázdněná

2. Bez předchozího navázání spojení nemůžeme okamžitě přenést data, tzn. čas je ztracený

3. nepříliš efektivní využívání fyzických komunikačních kanálů

Dovolte mi vysvětlit poslední mínus: při vytváření fyzického komunikačního kanálu zcela zabíráme celou linku a nenecháváme žádnou příležitost pro ostatní, aby se k ní připojili.

Sítě s přepojováním okruhů jsou zase rozděleny do 2 typů, které využívají různé technologické přístupy:

1. Přepínání obvodů založené na frekvenčním multiplexování (FDM).

Schéma práce je následující:

1. každý uživatel vysílá signál na vstupy spínače

2. Všechny signály pomocí přepínače vyplňují ΔF pásma metodou frekvenční modulace signálu

2. Přepínání okruhů založené na časovém multiplexování (TDM)

Zásada přepínání okruhů založené na časovém multiplexování je poměrně jednoduché. Vychází z časového členění, tzn. Každý komunikační kanál je obsluhován postupně a časový úsek pro odeslání signálu účastníkovi je přesně definován.

3. Přepínání paketů
Tato technika přepínání byla speciálně navržena pro efektivní přenos počítačového provozu. První kroky ke stvoření počítačové sítě založené na technikách přepínání okruhů ukázaly, že tento typ přepínání neumožňuje dosažení vysoké celkové propustnosti sítě. Typické síťové aplikace generují provoz velmi sporadicky, s vysokou úrovní přetížení datové rychlosti. Například při přístupu na vzdálený souborový server si uživatel nejprve prohlédne obsah adresáře tohoto serveru, což má za následek přenos malého množství dat. Poté otevře požadovaný soubor textový editor a tato operace může vytvořit poměrně velkou výměnu dat, zvláště pokud soubor obsahuje velké grafické inkluze. Po zobrazení několika stránek souboru s nimi uživatel chvíli pracuje lokálně, což nevyžaduje vůbec žádný síťový přenos, a poté vrací upravené kopie stránek na server – což opět vytváří intenzivní síťový přenos.

Faktor zvlnění provozu jednotlivého uživatele sítě, rovný poměru průměrné intenzity výměny dat k maximu možnému, může dosáhnout 1:50 nebo dokonce 1:100. Pokud pro popsanou relaci organizujeme přepínání kanálů mezi počítačem uživatele a serverem, bude kanál většinu času nečinný. Současně budou této dvojici účastníků přiřazeny přepínací schopnosti sítě a nebudou dostupné ostatním uživatelům sítě.

Když dojde k přepínání paketů, všechny uživatelem přenášené zprávy jsou ve zdrojovém uzlu rozděleny na relativně malé části nazývané pakety. Připomeňme, že zpráva je logicky vyplněný údaj – požadavek na přenos souboru, odpověď na tento požadavek obsahující celý soubor atd. Zprávy mohou mít libovolnou délku, od několika bajtů po mnoho megabajtů. Naopak pakety mohou mít většinou také proměnnou délku, ale v úzkých mezích, například od 46 do 1500 bajtů. Každý paket je opatřen hlavičkou, která specifikuje informace o adrese potřebné k doručení paketu do cílového uzlu a také číslo paketu, které bude cílovým uzlem použito k sestavení zprávy (obrázek 3). Pakety jsou přenášeny po síti jako nezávislé informační bloky. Síťové přepínače přijímají pakety od koncových uzlů a na základě informací o adrese je přenášejí mezi sebou a nakonec do cílového uzlu.

Přepínače paketové sítě se od přepínačů obvodů liší tím, že mají vnitřní vyrovnávací paměť pro dočasné uložení paketů, pokud je výstupní port přepínače v době přijetí paketu zaneprázdněn vysíláním dalšího paketu (obr. 3). V tomto případě paket zůstává nějakou dobu ve frontě paketů ve vyrovnávací paměti výstupního portu, a když na něj dorazí řada, je přenesen na další přepínač. Toto schéma přenosu dat umožňuje vyhladit pulsace provozu na páteřních spojích mezi přepínači a tím je co nejefektivněji využít ke zvýšení kapacity sítě jako celku.

Ve skutečnosti by pro dvojici účastníků bylo nejúčinnější poskytnout jim výhradní použití komutovaného komunikačního kanálu, jak je tomu v sítích s přepojováním okruhů. V tomto případě by byla doba interakce této dvojice účastníků minimální, protože data by byla přenášena od jednoho účastníka k druhému bez zpoždění. Předplatitele nezajímají výpadky kanálu během přenosových pauz, je pro ně důležité rychle vyřešit jejich problém. Síť s přepojováním paketů zpomaluje proces interakce mezi konkrétní dvojicí účastníků, protože jejich pakety mohou čekat v přepínačích, zatímco ostatní pakety, které dorazily do přepínače dříve, jsou přenášeny po páteřních spojích.

Avšak celkové množství počítačových dat přenášených sítí za jednotku času pomocí techniky přepojování paketů bude vyšší než při použití techniky přepínání okruhů. Děje se tak proto, že vlnění jednotlivých účastníků je v souladu se zákonem velkých čísel časově rozloženo tak, aby se jejich vrcholy neshodovaly. Proto jsou přepínače neustále a poměrně rovnoměrně zatěžovány prací, pokud je počet účastníků, kteří obsluhují, opravdu velký. Na Obr. Obrázek 4 ukazuje, že provoz přicházející z koncových uzlů do přepínačů je v čase distribuován velmi nerovnoměrně. Přepínače vyšší úrovně v hierarchii, kde jsou servisní spojení mezi přepínači nižší úrovně zatíženy rovnoměrněji, a tok paketů na dálkových spojích spojujících přepínače vyšší úrovně je téměř maximálně využíván. Ukládání do vyrovnávací paměti vyhlazuje vlnění, takže faktor zvlnění na dálkových kanálech je mnohem nižší než na kanálech s přístupem předplatitelů – může se rovnat 1:10 nebo dokonce 1:2.

Vyšší účinnost sítí s přepojováním paketů ve srovnání se sítěmi s přepojováním okruhů (se stejnou kapacitou komunikačního kanálu) byla prokázána v 60. letech experimentálně i pomocí simulačního modelování. Zde je vhodná analogie s multiprogramováním. operační systémy. Spuštění každého jednotlivého programu v takovém systému trvá déle než v jednoprogramovém systému, kde je programu přidělen veškerý čas procesoru, dokud není jeho provádění dokončeno. Celkový počet programů provedených za jednotku času je však větší v systému s více programy než v systému s jedním programem.
Síť s přepojováním paketů zpomaluje proces interakce mezi konkrétní dvojicí účastníků, ale zvyšuje propustnost sítě jako celku.

Zpoždění u zdroje přenosu:

· čas na přenos hlaviček;

· zpoždění způsobené intervaly mezi vysíláním každého dalšího paketu.

Zpoždění v každém spínači:

· doba ukládání paketů do vyrovnávací paměti;

spínací čas, který se skládá z:

o doba čekání na paket ve frontě (proměnná hodnota);

o čas potřebný k přesunu paketu na výstupní port.

Výhody přepínání paketů

1. Vysoká celková propustnost sítě při přenosu nárazového provozu.

2. Schopnost dynamicky přerozdělovat kapacitu fyzických komunikačních kanálů mezi účastníky v souladu s reálnými potřebami jejich provozu.

Nevýhody přepojování paketů

1. Nejistota v rychlosti přenosu dat mezi účastníky sítě kvůli skutečnosti, že zpoždění ve frontách vyrovnávací paměti síťových přepínačů závisí na celkovém zatížení sítě.

2. Proměnlivé zpoždění datových paketů, které může být v okamžicích okamžitého přetížení sítě poměrně dlouhé.

3. Možná ztráta dat v důsledku přetečení vyrovnávací paměti.
V současné době se aktivně vyvíjejí a zavádějí metody k překonání těchto nedostatků, které jsou zvláště akutní u provozu citlivého na zpoždění, který vyžaduje konstantní přenosovou rychlost. Takové metody se nazývají metody kvality služeb (QoS).

Paketově přepínané sítě, které implementují metody kvality služeb, umožňují současný přenos různých typů provozu, včetně tak důležitých, jako je telefonní a počítačový provoz. Proto jsou dnes metody přepojování paketů považovány za nejslibnější pro budování konvergované sítě, která bude poskytovat komplexní vysoce kvalitní služby pro předplatitele jakéhokoli typu. Nelze však slevit ze způsobů přepínání okruhů. Dnes nejen úspěšně fungují v tradičních telefonních sítích, ale jsou hojně využívány i pro vytváření vysokorychlostních stálých spojení v tzv. primárních (páteřních) sítích technologií SDH a ​​DWDM, které slouží k vytváření páteřních fyzických kanálů mezi telefonními popř. přepínače počítačových sítí. V budoucnu je docela možné, že se objeví nové technologie přepínání, v té či oné podobě spojující principy přepojování paketů a kanálů.

4.VPN Soukromá virtuální síť- virtuální privátní síť) je zobecněný název pro technologie, které umožňují jednu nebo více síťová připojení(logická síť) nad jinou sítí (jako je Internet). Navzdory skutečnosti, že komunikace probíhá přes sítě s nižší neznámou úrovní důvěry (například přes veřejné sítě), úroveň důvěry ve vybudovanou logickou síť nezávisí na úrovni důvěry v jádrové sítě díky použití kryptografických nástrojů (šifrování, autentizace, infrastruktura veřejné klíče, prostředky k ochraně před opakováním a změnami ve zprávách přenášených přes logickou síť).

V závislosti na použitých protokolech a účelu může VPN poskytovat spojení tří typy: uzel-uzel,uzel-síť A síť-síť. VPN jsou obvykle nasazovány na úrovních, které nejsou vyšší než na úrovni sítě, protože použití kryptografie na těchto úrovních umožňuje použití transportních protokolů (jako je TCP, UDP) beze změny.

Uživatelé Microsoft Windows termín VPN označuje jednu z implementací virtuální síť- PPTP, který se často používá Ne k vytvoření privátních sítí.

Nejčastěji je pro vytvoření virtuální sítě protokol PPP zapouzdřen v nějakém jiném protokolu - IP (tuto metodu používá implementace PPTP - Point-to-Point Tunneling Protocol) nebo Ethernet (PPPoE) (i když mají také rozdíly ). Technologie VPN v Nedávno používané nejen k vytváření samotných privátních sítí, ale také některými poskytovateli „poslední míle“ v postsovětském prostoru k poskytování přístupu k internetu.

Při správné úrovni implementace a použití speciálního softwaru může síť VPN poskytovat vysokou úroveň šifrování přenášených informací. Na správné nastavení Technologie VPN všech komponent zajišťuje anonymitu na internetu.

VPN se skládá ze dvou částí: „interní“ (řízená) síť, kterých může být několik, a „externí“ síť, kterou prochází zapouzdřené připojení (obvykle internet). Je také možné připojit samostatný počítač k virtuální síti. Připojení vzdáleného uživatele k VPN se provádí prostřednictvím přístupového serveru, který je připojen jak do vnitřní, tak do vnější (veřejné) sítě. Když se vzdálený uživatel připojí (nebo při navazování připojení k jiné zabezpečené síti), vyžaduje přístupový server proces identifikace a poté proces ověřování. Po úspěšném dokončení obou procesů vzdálený uživatel ( vzdálená síť) má oprávnění k práci v síti, to znamená, že probíhá autorizační proces. Řešení VPN lze klasifikovat podle několika hlavních parametrů:

[editovat]Podle stupně zabezpečení použitého prostředí

Chráněný

Nejběžnější verze virtuálních privátních sítí. S jeho pomocí je možné vytvořit spolehlivou a bezpečnou síť založenou na nespolehlivé síti, obvykle internetu. Příklady zabezpečených VPN jsou: IPSec, OpenVPN a PPTP.

Důvěryhodný

Používají se v případech, kdy lze přenosové médium považovat za spolehlivé a je pouze nutné vyřešit problém vytvoření virtuální podsítě v rámci větší síť. Bezpečnostní otázky se stávají irelevantními. Příklady takových VPN řešení jsou: Multi-protocol label switching (MPLS) a L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol) (přesněji tyto protokoly přesouvají úkol zajištění bezpečnosti na jiné, např. L2TP se obvykle používá ve spojení s IPSec) .

[upravit překlad] Podle způsobu implementace

Ve formě speciálního softwaru a hardwaru

Implementace sítě VPN se provádí pomocí speciální sady softwaru a hardwaru. Tato implementace poskytuje vysoký výkon a zpravidla vysoký stupeň bezpečnosti.

Jako softwarové řešení

Použití Osobní počítač se speciálním software poskytující funkce VPN.

Integrované řešení

Funkcionalitu VPN zajišťuje komplex, který řeší i problémy s filtrováním síťového provozu, organizováním firewall a zajištění kvality služeb.

[editovat]Jak bylo zamýšleno

Používají se ke sjednocení několika distribuovaných poboček jedné organizace do jediné zabezpečené sítě, která si vyměňuje data prostřednictvím otevřených komunikačních kanálů.

Vzdálený přístup VPN

Používá se k vytvoření zabezpečeného kanálu mezi segmentem firemní síť(centrála nebo pobočka) a jednoho uživatele, který se při práci doma připojuje k podnikovým zdrojům s domácí počítač, firemní notebook, smartphone nebo internetový kiosek.

Používá se pro sítě, ke kterým se připojují „externí“ uživatelé (například zákazníci nebo klienti). Míra důvěry v ně je mnohem nižší než u zaměstnanců společnosti, proto je nutné zajistit speciální „linie“ ochrany, které zabrání nebo omezí přístup těchto zaměstnanců ke zvláště cenným důvěrným informacím.

Používá se k poskytování přístupu k internetu poskytovateli, obvykle když se několik uživatelů připojuje přes jeden fyzický kanál.

VPN klient/server

Poskytuje ochranu přenášených dat mezi dvěma uzly (nikoli sítěmi) podnikové sítě. Zvláštností této možnosti je, že VPN je postavena mezi uzly umístěnými zpravidla ve stejném segmentu sítě, například mezi pracovní stanice a server. Tato potřeba velmi často nastává v případech, kdy je potřeba vytvořit více logických sítí na jedné fyzické síti. Například, když je potřeba rozdělit provoz mezi finanční oddělení a oddělení lidských zdrojů přistupující k serverům umístěným ve stejném fyzickém segmentu. Tato možnost je podobná technologii VLAN, ale místo oddělení provozu je šifrována.

[upravit překlad] Podle typu protokolu

Existují implementace virtuálních privátních sítí pro TCP/IP, IPX a AppleTalk. Dnes je však tendence k obecnému přechodu na protokol TCP/IP a naprostá většina řešení VPN jej podporuje. Adresování v něm je nejčastěji vybíráno podle standardu RFC5735, z řady TCP/IP Private Networks

[editovat]Podle úrovně síťový protokol

Podle vrstvy síťového protokolu na základě srovnání s vrstvami referenčního síťového modelu ISO/OSI.

5. Referenční model OSI, někdy nazývané zásobník OSI, je 7vrstvá síťová hierarchie (obrázek 1) vyvinutá Mezinárodní organizací pro standardizaci (ISO). Tento model obsahuje v podstatě 2 různé modely:

· horizontální model založený na protokolech, poskytující mechanismus pro interakci mezi programy a procesy na různých strojích

· vertikální model založený na službách poskytovaných sousedními vrstvami na stejném stroji

V horizontální model tyto dva programy vyžadují společný protokol pro výměnu dat. Ve vertikální rovině si sousední úrovně vyměňují data pomocí rozhraní API.

Související informace.

Limity vzdálenosti pro rádiové kanály jsou dány dodavateli za předpokladu, že v první Fresnelově zóně nedochází k žádnému fyzickému rušení. Absolutní omezení komunikačního dosahu radioreléových kanálů je způsobeno zakřivením země, viz obr. 7.15. Pro frekvence nad 100 MHz se vlny šíří přímočaře (obr. 7.15.A), a proto mohou být zaostřeny. Pro vysoké frekvence (HF) a UHF země absorbuje vlny, ale HF se vyznačuje odrazem od ionosféry (obr. 7.15B) - to značně rozšiřuje oblast vysílání (někdy dochází k několika po sobě jdoucím odrazům), ale tento efekt je nestabilní a silně závisí na stavu ionosféry.

Rýže. 7.15.

Při budování dlouhých radioreléových kanálů musí být instalovány opakovače. Pokud jsou antény umístěny na věžích vysokých 100 m, může být vzdálenost mezi opakovači 80-100 km. Cena anténního komplexu je obvykle úměrná třetí mocnině průměru antény.

Vyzařovací diagram směrové antény je znázorněn na Obr. 7.16 (šipka označuje hlavní směr záření). Toto schéma je třeba vzít v úvahu při výběru místa instalace antény, zejména při použití vysokého vyzařovacího výkonu. V opačném případě může jeden z laloků záření dopadat na místa trvalého pobytu lidí (například bydlení). Vzhledem k těmto okolnostem je vhodné svěřit návrh tohoto druhu kanálů profesionálům.

Rýže. 7.16.

Dne 4. října 1957 byla v SSSR vypuštěna první umělá družice Země, v roce 1961 letěl do vesmíru Yu.A.Gagarin a brzy na oběžnou dráhu byla vypuštěna první telekomunikační družice „Molniya“ – tak začala vesmírná éra komunikací začal. První satelitní kanál pro internet v Ruské federaci (Moskva-Hamburk) používal geostacionární satelit „Raduga“ (1993). Standardní anténa INTELSAT má průměr 30 ma vyzařovací úhel 0,01 0 . Satelitní kanály použití frekvenční rozsahy uvedené v tabulce 7.6.

Tabulka 7.6. Kmitočtová pásma používaná pro satelitní telekomunikace

Rozsah	Downlink [GHz]	Uplink (Uplink) [GHz]	Zdroje rušení
S	3,7-4,2	5,925-6,425	Pozemní interference
Ku	11,7-12,2	14,0-14,5	Déšť
Ka	17,7-21,7	27,5-30,5	Déšť

Vysílání je vždy prováděno na vyšší frekvenci, než je signál přijímaný ze satelitu.

Rozsah ještě není „obsazen“ příliš hustě, navíc pro tento rozsah mohou být satelity od sebe vzdáleny 1 stupeň. Citlivost na rušení deštěm lze obejít použitím dvou pozemních přijímacích stanic dostatečně od sebe velká vzdálenost(velikost hurikánů je omezená). Satelit může mít mnoho antén zaměřených na různé oblasti zemského povrchu. Velikost „expozičního“ bodu takové antény na zemi může být několik stovek kilometrů. Typický satelit má 12-20 transpondérů (přijímačů), z nichž každý má pásmo 36-50 MHz, což umožňuje vytvoření datového toku 50 Mbit/s. Dva transpondéry mohou používat různé polarizace signálu při provozu na stejné frekvenci. Takový propustnost dostatečný pro příjem 1600 vysoce kvalitních telefonních kanálů (32 kbit/s). Moderní satelity využívají technologii přenosu s úzkou aperturou VSAT(Svorky s velmi malou aperturou). Průměr „expoziční“ skvrny na zemském povrchu pro tyto antény je přibližně 250 km. Zemní terminály používají antény o průměru 1 metr a výstupní výkon asi 1W. Současně má kanál k satelitu propustnost 19,2 Kbit/s a ze satelitu - více než 512 Kbit/s. Takové terminály spolu nemohou přímo komunikovat přes telekomunikační satelit. K vyřešení tohoto problému se používají mezizemní antény s vysokým ziskem, což výrazně zvyšuje zpoždění (a zvyšuje cenu systému), viz Obr. 7.17.

Rýže. 7.17.

Geostacionární satelity vznášející se nad rovníkem ve výšce asi 36 000 km se používají k vytvoření stálých telekomunikačních kanálů.

Teoreticky by tři takové satelity mohly zajistit komunikaci téměř s celým obydleným povrchem Země (viz obr. 7.18).

Rýže. 7.18.

Ve skutečnosti je geostacionární dráha přeplněná satelity různých účelů a národností. Satelity jsou obvykle označeny zeměpisnou délkou míst, nad kterými visí. Na současné úrovni technologického rozvoje není rozumné umisťovat satelity blíže než 20 . Dnes je tedy nemožné rozmístit více než 360/2=180 geostacionárních satelitů.

Systém geostacionárních satelitů vypadá jako náhrdelník navlečený na oku neviditelné oběžné dráze. Jeden úhlový stupeň pro takovou dráhu odpovídá ~600 km. Může se to zdát jako obrovská vzdálenost. Hustota satelitů na oběžné dráze je nerovnoměrná – v zeměpisné délce Evropy a USA jich je hodně, ale nad Tichým oceánem málo, tam prostě nejsou potřeba. Družice nevydrží věčně, jejich životnost většinou nepřesahuje 10 let, selhávají především ne kvůli poruchám zařízení, ale kvůli nedostatku paliva pro stabilizaci pozice na oběžné dráze. Po selhání zůstávají satelity na místě a mění se ve vesmírný odpad. Takových satelitů je již mnoho a časem jich bude ještě více. Samozřejmě můžeme předpokládat, že přesnost vypouštění na oběžnou dráhu bude časem vyšší a lidé se je naučí vypouštět s přesností 100 m. To umožní umístit 500-1000 satelitů do jednoho „výklenku“ (což dnes se zdá téměř neuvěřitelné, protože jim musíte nechat prostor pro manévry). Lidstvo by tak mohlo vytvořit něco podobného umělému prstenci Saturnu, který se skládá výhradně z mrtvých telekomunikačních satelitů. Je nepravděpodobné, že k tomu dojde, protože bude nalezen způsob, jak odstranit nebo obnovit nefunkční satelity, i když to nevyhnutelně výrazně zvýší náklady na služby takových komunikačních systémů.

Naštěstí si satelity využívající různá frekvenční pásma nekonkurují. Z tohoto důvodu může být na oběžné dráze umístěno několik satelitů s různými provozními frekvencemi na stejné pozici. V praxi geostacionární družice nestojí na místě, ale pohybuje se po trajektorii, která (při pozorování ze Země) vypadá jako číslo 8. Úhlová velikost této osmičky se musí vejít do pracovního otvoru antény, jinak anténa musí mít servopohon, který zajišťuje automatické sledování satelitu. Kvůli energetickým problémům nemůže telekomunikační satelit poskytovat vysokou úroveň signálu. Z tohoto důvodu musí mít zemní anténa velký průměr a přijímací zařízení- nízká hladina hluku. To je důležité zejména pro severní oblasti, kde je úhlová poloha satelitu nad obzorem nízká (skutečný problém pro zeměpisné šířky větší než 70 0) a signál prochází poměrně silnou vrstvou atmosféry a je znatelně utlumen. Satelitní spojení může být nákladově efektivní pro oblasti vzdálené více než 400-500 km (za předpokladu, že neexistují žádné jiné prostředky). Správná volba satelit (jeho zeměpisná délka) může výrazně snížit náklady na kanál.

Počet pozic pro umístění geostacionárních satelitů je omezen. V poslední době se plánuje využití tzv. nízko letových družic pro telekomunikace ( <1000 км; период обращения ~1 час ). Tyto satelity se pohybují po eliptických drahách a každý z nich samostatně nemůže zaručit stacionární kanál, ale společně tento systém poskytuje celou škálu služeb (každý ze satelitů pracuje v režimu „ulož a ​​přenes“). Vzhledem k nízké nadmořské výšce mohou mít pozemní stanice v tomto případě malé antény a nízkou cenu.

Existuje několik způsobů, jak provozovat sbírku pozemních terminálů se satelitem. V tomto případě lze použít multiplexování podle frekvence (FDM), podle času (TDM), CDMA (Code Division Multiple Access), ALOHA nebo dotazovací metody.

Schéma požadavku předpokládá, že se tvoří pozemní stanice logický kroužek, po které se značka pohybuje. Pozemní stanice může začít vysílat na satelit až po přijetí této značky.

Jednoduchý systém ALOHA(vyvinutý skupinou Normana Abramsona na Havajské univerzitě v 70. letech) umožňuje každé stanici začít vysílat, kdykoli se jí zachce. Takové schéma nevyhnutelně vede ke kolizím pokusů. Částečně je to způsobeno tím, že vysílací strana se o kolizi dozví až po ~270 ms. Stačí, aby se poslední bit paketu z jedné stanice shodoval s prvním bitem jiné stanice, oba pakety se ztratí a budou muset být znovu odeslány. Po srážce stanice čeká nějakou pseudonáhodnou dobu a znovu se pokusí o vysílání. Tento přístupový algoritmus zajišťuje efektivitu využití kanálů 18 %, což je u tak drahých kanálů, jako jsou satelitní, zcela nepřijatelné. Z tohoto důvodu se častěji používá doménová verze systému ALOHA, která zdvojnásobuje účinnost (navržena v roce 1972 Robertsem). Časová škála je rozdělena na diskrétní intervaly odpovídající době přenosu jednoho snímku.

Při této metodě stroj nemůže odeslat rámec, kdykoli chce. Jedna pozemní stanice (referenční) periodicky vysílá speciální signál, který využívají všichni účastníci k synchronizaci. Pokud je délka časové domény , pak číslo domény začíná v časovém okamžiku vzhledem k výše uvedenému signálu. Protože hodiny různých stanic fungují odlišně, je nutná periodická resynchronizace. Dalším problémem je rozložení doby šíření signálu pro různé stanice. Faktor využití kanálu pro daný přístupový algoritmus se rovná (kde je základ přirozeného logaritmu). Ne velké číslo, ale stále dvakrát vyšší než běžný algoritmus ALOHA.

Metoda frekvenčního multiplexování (FDM) je nejstarší a nejpoužívanější. Typický transpondér 36 Mbps lze použít pro příjem 500 64 kbps PCM (Pulse Code Modulation) kanálů, z nichž každý pracuje na jedinečné frekvenci. Aby se eliminovalo rušení, musí být sousední kanály frekvenčně rozmístěny v dostatečné vzdálenosti od sebe. Kromě toho je nutné kontrolovat úroveň přenášeného signálu, protože pokud je výstupní výkon příliš vysoký, může dojít k rušení v sousedním kanálu. Pokud je počet stanic malý a konstantní, lze frekvenční kanály přidělit trvale. Ale s proměnlivým počtem terminálů nebo znatelným kolísáním zatížení musíte přejít na dynamický přidělení zdrojů.

Jedním z mechanismů takové distribuce je tzv RÝČ, byl použit v prvních verzích komunikačních systémů na bázi INTELSAT. Každý transpondér systému SPADE obsahuje 794 simplexních PCM kanálů o rychlosti 64 kbit/sa jeden signálový kanál o šířce pásma 128 kbit/s. Kanály PCM se používají v párech k zajištění plně duplexní komunikace. Současně mají upstream a downstream kanály šířku pásma 50 Mbit/s. Signálový kanál je rozdělen do 50 domén po 1 ms (128 bitů). Každá doména patří jedné z pozemních stanic, jejichž počet nepřesahuje 50. Když je stanice připravena k vysílání, náhodně vybere nevyužitý kanál a zaznamená číslo tohoto kanálu do své další 128bitové domény. Pokud se dvě nebo více stanic pokusí obsadit stejný kanál, dojde ke kolizi a budou nuceny to zkusit znovu později.

Metoda časového multiplexu je podobná FDM a v praxi je poměrně široce používaná. Zde je také nutná synchronizace pro domény. To se provádí stejně jako v doménovém systému ALOHA pomocí referenční stanice. Přiřazení domény pozemním stanicím lze provést centrálně popř decentralizované. Zvažte systém ZÁKONY(Satelit pro pokročilé komunikační technologie). Systém má 4 nezávislé kanály (TDM) o rychlosti 110 Mbit/s (dva upstream a dva downstream). Každý z kanálů je strukturován ve formě 1-ms rámců, které mají 1728 časových domén. Všechny dočasné domény nesou 64bitové datové pole, které umožňuje implementovat hlasový kanál s šířkou pásma 64 Kbps. Správa časových domén za účelem minimalizace času potřebného k pohybu vektoru záření satelitu vyžaduje znalost geografického umístění pozemních stanic. Dočasné domény jsou spravovány jednou z pozemních stanic ( MCS- Hlavní řídicí stanice). Provoz systému ACTS je třístupňový proces. Každý krok trvá 1 ms. V prvním kroku satelit přijme snímek a uloží jej do vyrovnávací paměti 1728 buněk. Na druhém zkopíruje palubní počítač každý vstupní záznam do výstupní vyrovnávací paměti (možná pro jinou anténu). Nakonec je výstupní záznam přenesen na pozemní stanici.

V počátečním okamžiku je každé pozemní stanici přiřazena jedna časová doména. Pro získání další domény, například pro organizaci jiného telefonního kanálu, odešle stanice požadavek MCS. Pro tyto účely je přidělen speciální řídicí kanál s kapacitou 13 požadavků za sekundu. Existují také dynamické metody pro alokaci zdrojů v TDM (metody Crouser, Binder a Roberts).

Metoda CDMA (Code Division Multiple Access) je zcela decentralizovaná. Stejně jako jiné metody není bez nevýhod. Za prvé, kapacita kanálu CDMA v přítomnosti šumu a nedostatečné koordinace mezi stanicemi je obvykle nižší než v případě TDM. Za druhé, systém vyžaduje rychlé a drahé vybavení.

Technologie bezdrátových sítí se vyvíjí poměrně rychle. Tyto sítě jsou vhodné především pro mobilní zařízení. Nejslibnějším projektem se zdá být IEEE 802.11, který by měl hrát stejnou integrační roli pro rádiové sítě jako 802.3 pro sítě Ethernet a 802.5 pro Token Ring. Protokol 802.11 používá stejný algoritmus přístupu a potlačení kolizí jako 802.3, ale zde místo propojovacího kabelu používá rádiové vlny (obr. 7.19.). Zde použité modemy mohou pracovat i v infračerveném rozsahu, což může být atraktivní, pokud jsou všechny stroje umístěny ve společné místnosti.

Rýže. 7.19.

Standard 802.11 předpokládá provoz na frekvenci 2,4-2,4835 GHz s použitím modulace 4FSK/2FSK

FEDERÁLNÍ KOMUNIKAČNÍ AGENTURA

Státní vzdělávací rozpočtová instituce

vyšší odborné vzdělání

Moskevská technická univerzita komunikací a informatiky

Katedra komunikačních sítí a spojovacích systémů

Směrnice

a kontrolní úkoly

disciplínou

SPÍNACÍ SYSTÉMY

pro studenty 4. ročníku kombinovaného studia

(směr 210700, profil - RZ)

Moskva 2014

Plán UMD na akademický rok 2014/2015.

Pokyny a kontroly

disciplínou

SPÍNACÍ SYSTÉMY

Sestavila: Štěpánová I.V., profesorka

Publikace je stereotypní. Schváleno na schůzi oddělení

Komunikační sítě a spojovací systémy

Recenzent Malíková E.E., docentka

OBECNÉ POKYNY PRO KURZ

Disciplínu „Spojovací systémy“, část druhá, studují ve druhém semestru čtvrtého ročníku studenti korespondenční fakulty oboru 210406 ​​a je pokračováním a dalším prohlubováním obdobné disciplíny studované studenty v předchozím semestru.

Tato část předmětu se zabývá principy výměny řídicích informací a interakce mezi spojovacími systémy, základy projektování digitálních spojovacích systémů (DSS).

Kurz zahrnuje přednášky, projekt kurzu a laboratorní práce. Složí se zkouška a obhájí projekt předmětu. Samostatná práce na zvládnutí předmětu spočívá ve studiu učebnicového materiálu a učebních pomůcek doporučených v pokynech a absolvování projektu předmětu.

Pokud se student při studiu doporučené literatury setká s obtížemi, pak se můžete obrátit na katedru komunikačních sítí a spojovacích systémů a získat potřebné rady. K tomu musí dopis uvádět název knihy, rok vydání a stránky, na kterých je uveden nejasný materiál. Kurz by měl být studován postupně, téma po tématu, jak je doporučeno v pokynech. Při studiu tímto způsobem byste měli přejít k další části kurzu poté, co odpovíte na všechny kontrolní otázky, které jsou otázkami na zkouškových písemkách, a vyřešíte doporučené problémy.

Rozložení času ve studentských hodinách na studium oboru „Spojovací systémy“, část 2, je uvedeno v tabulce 1.

BIBLIOGRAFIE

Hlavní

1. Goldstein B.S. Spínací systémy. – SPb.:BHV – Petrohrad, 2003. – 318 s.: ill.

2. Lagutin V. S., Popova A. G., Štěpánová I. V. Digitální systémy přepínání kanálů v telekomunikačních sítích. – M., 2008. - 214 s.

Další

3.Lagutin V.S., Popova A.G., Štěpánová I.V. Telefonický uživatelský subsystém pro signalizaci přes společný kanál. – M. „Rádio a komunikace“, 1998.–58 s.

4. Lagutin V.S., Popová A.G., Štěpánová I.V. Vývoj inteligentních služeb v konvergovaných sítích. – M., 2008. – 120. léta.

SEZNAM LABORATORNÍCH PRACÍ

1. Signalizace 2ВСК a R 1.5, scénář výměny signálu mezi dvěma automatickými telefonními ústřednami.

2.Správa účastnických dat na digitální PBX. Analýza tísňových zpráv digitální automatické telefonní ústředny.

METODICKÉ POKYNY PRO KURZOVÉ SEKCE

Vlastnosti budování systémů přepínání digitálních obvodů

Na příkladu digitální pobočkové ústředny typu EWSD je nutné prostudovat vlastnosti konstrukce systémů přepínání okruhů. Zvažte vlastnosti a funkce digitálních předplatitelských přístupových jednotek DLU, implementace vzdáleného předplatitelského přístupu. Projděte si charakteristiky a funkce skupiny linek LTG. Prostudujte si konstrukci spínacího pole a typický proces navazování spojení.

Digitální spojovací systém EWSD (Digital Electronic Switching System) byl vyvinut společností Siemens jako univerzální obvodový spojovací systém pro veřejné telefonní sítě. Kapacita spínacího pole systému EWSD je 25200 Erlang. Počet obsluhovaných hovorů v CHNN může dosáhnout 1 milionu hovorů. Systém EWSD při použití jako PBX umožňuje připojit až 250 tisíc účastnických linek. Komunikační centrum založené na tomto systému umožňuje přepínání až 60 tisíc spojovacích linek. Kontejnerové telefonní ústředny umožňují připojení několika stovek až 6000 vzdálených účastníků. Ústředny jsou vyráběny pro mobilní komunikační sítě a pro organizování mezinárodních komunikací. Existuje mnoho příležitostí k uspořádání cest druhé volby: až sedm cest přímé volby plus jedna cesta poslední volby. Lze přidělit až 127 tarifních zón. Během jednoho dne se může tarif změnit až osmkrát. Generující zařízení poskytuje vysoký stupeň stability generovaných frekvenčních sekvencí:

v plesiochronním režimu – 1 10 -9, v synchronním režimu –1 10 -11.

Systém EWSD je navržen pro použití napájecích zdrojů -60V nebo -48V. Teplotní změny jsou povoleny v rozmezí 5-40°C s vlhkostí 10-80%.

Hardware EWSD je rozdělen do pěti hlavních subsystémů (viz obr. 1): digitální účastnická jednotka (DLU); lineární skupina (LTG); spínací pole (SN); řízení sítě společných kanálů (CCNC); koordinační procesor (CP). Každý subsystém má alespoň jeden mikroprocesor, označený GP. Používají se signalizační systémy R1.5 (zahraniční verze R2), přes společný signalizační kanál č. 7 SS7 a EDSS1. Digitální účastnické jednotky DLU sloužit: analogové účastnické linky; účastnické linky uživatelů digitálních sítí s integrací služeb (ISDN); analogové institucionální rozvodny (PBX); digitální PBX. Bloky DLU umožňují zapínat analogové a digitální telefonní přístroje a multifunkční ISDN terminály. ISDN uživatelům jsou poskytovány kanály (2B+D), kde B = 64 kbit/s - standardní kanál zařízení PCM30/32, přenos signalizace D-kanál rychlostí 16 kbit/s. Pro přenos informací mezi EWSD a dalšími spojovacími systémy se používají primární digitální trunkové linky (DSL, anglicky PDC) - (30V + 1D + synchronizace) při přenosové rychlosti 2048 kbit/s (nebo při rychlosti 1544 kbit/s v Spojené státy americké).

Obr. 1. Blokové schéma spínacího systému EWSD

Lze použít místní nebo vzdálený provozní režim DLU. Vzdálené jednotky DLU jsou instalovány v místech, kde jsou soustředěni účastníci. Zároveň se snižuje délka účastnických linek a koncentruje se provoz na digitálních spojovacích linkách, což vede ke snížení nákladů na organizaci distribuční sítě a zkvalitnění přenosu.

Ve vztahu k účastnickým linkám se za přijatelné považuje odpor smyčky do 2 kOhm a izolační odpor do 20 kOhm. Spínací systém může přijímat vytáčecí impulsy z otočného voliče přicházející rychlostí 5-22 impulsů/s. Signály frekvenční volby jsou přijímány v souladu s doporučením CCITT REC.Q.23.

Vysoká úroveň spolehlivosti je zajištěna: připojením každé DLU ke dvěma LTG; duplikace všech jednotek DLU se sdílením zátěže; průběžně prováděné sebemonitorovací testy. K přenosu řídicích informací mezi DLU a skupinami linek LTG se na časovém kanálu číslo 16 používá signalizace společného kanálu (CCS).

Hlavní prvky DLU jsou (obr. 2):

moduly účastnických linek (SLM) typu SLMA pro připojení analogových účastnických linek a typu SLMD pro připojení účastnických linek ISDN;

dvě digitální rozhraní (DIUD) pro připojení digitálních přenosových systémů (PDC) ke skupinám linek;

dvě řídicí jednotky (DLUC), které řídí vnitřní sekvence DLU, distribuují nebo soustřeďují toky signálů do az účastnických sad. Pro zajištění spolehlivosti a zvýšení propustnosti obsahuje DLU dva řadiče DLUC. Pracují nezávisle na sobě v režimu sdílení úkolů. Pokud první DLUC selže, druhý může převzít kontrolu nad všemi úkoly;

dvě řídicí sítě pro přenos řídicích informací mezi moduly účastnické linky a řídicími zařízeními;

testovací jednotka (TU) pro testování telefonů, účastnických linek a dálkových linek.

Charakteristiky DLU se mění při přechodu z jedné modifikace na druhou. Volba DLUB například umožňuje použití analogových a digitálních modulů předplatitelské sady s 16 sadami v každém modulu. Jedna účastnická jednotka DLUB může připojit až 880 analogových účastnických linek a k LTG se připojuje pomocí 60 kanálů PCM (4096 Kbps). V tomto případě by ztráty způsobené nedostatkem kanálů měly být prakticky nulové. Pro splnění této podmínky by propustnost jednoho DLUB neměla překročit 100 Erl. Pokud se ukáže, že průměrné zatížení na modul je více než 100 Erl, pak by se měl počet účastnických linek zahrnutých v jednom DLUB snížit. Do jednotky dálkového ovládání (RCU) lze zkombinovat až 6 DLUB.

Tabulka 1 uvádí technické charakteristiky digitální účastnické jednotky modernější modifikace DLUG.

Tabulka 1. Technické vlastnosti digitální účastnické jednotky DLUG

Pomocí samostatných linek lze připojit mincovní telefonní automaty, analogové institucionální-průmyslové automatické telefonní ústředny РВХ (Private Automatic Branch Exchange) a digitální РВХ malé a střední kapacity.

Uvádíme některé z nejdůležitějších funkcí modulu účastnické sady SLMA pro připojení analogových účastnických linek:

monitorování linky pro detekci nových hovorů;

DC napájecí zdroj s nastavitelnými hodnotami proudu;

analogově-digitální a digitálně-analogové převodníky;

symetrické připojení vyzváněcích signálů;

monitorování zkratů smyčky a zkratů se zemí;

příjem pulzů pro desetidenní volbu a frekvenční volbu;

změna polarity napájecího zdroje (přepólování vodičů pro telefonní automaty);

připojení lineární strany a strany účastnického setu k vícepolohovému zkušebnímu spínači, přepěťová ochrana;

DC oddělení řečových signálů;

přeměna dvouvodičové komunikační linky na čtyřvodičovou.

Funkční bloky vybavené vlastními mikroprocesory jsou přístupné přes řídicí síť DLU. Bloky jsou cyklicky dotazovány na připravenost k vysílání zpráv a jsou přímo přístupné pro přenos příkazů a dat. DLUC také provádí testovací a monitorovací programy k identifikaci chyb.

Existují následující systémy sběrnic DLU: řídicí sběrnice; sběrnice 4096 kbit/s; pneumatiky pro detekci kolizí; sběrnice pro přenos vyzváněcích signálů a tarifních impulsů. Signály přenášené po sběrnicích jsou synchronizovány hodinovými impulsy. Řídicí sběrnice přenášejí řídicí informace přenosovou rychlostí 187,5 kbit/s; s efektivní datovou rychlostí přibližně 136 kbit/s.

Sběrnice 4096 kbit/s přenášejí řeč/data do az modulů účastnických linek SLM. Každá sběrnice má 64 kanálů v obou směrech.

Každý kanál pracuje s přenosovou rychlostí 64 kbit/s (64 x 64 kbit/s = 4096 kbit/s). Přiřazení kanálů sběrnice 4096 kbit/s kanálům PDC je pevně stanoveno a určeno pomocí DIUD (viz obr. 3). Připojení DLU ke skupinám linek typu B, F nebo G (typy LTGB, LTGF, resp. LTGG) je realizováno prostřednictvím multiplexních linek 2048 kbit/s. DLU se může připojit ke dvěma LTGB, dvěma LTGF (B) nebo dvěma LTGG.

Linka/Trunk Groupe (LTG) tvoří rozhraní mezi digitálním prostředím uzlu a digitálním přepínacím polem SN (obr. 4). LTG provádějí decentralizované řídicí funkce a odlehčují koordinačnímu procesoru CP od rutinní práce. Spojení mezi LTG a redundantním spínacím polem se provádí přes sekundární digitální linku (SDC). Přenosová rychlost SDC z LTG do pole SN a ve zpětném směru je 8192 kbit/s (zkráceně 8 Mbit/s).

Obr.3. Multiplexování, demultiplexování a

přenos řídicích informací do DLUC

Obr.4. Různé možnosti přístupu k LTG

Každý z těchto 8 Mbit/s multiplexních systémů má 127 časových slotů při rychlosti 64 kbit/s, každý pro přenos informací o užitečné zátěži, a jeden časový slot při 64 kbit/s se používá pro přenos zpráv. LTG vysílá a přijímá hlasové informace přes obě strany spojovacího pole (SN0 a SN1), přičemž přiřazuje hlasové informace z aktivního bloku spojovacího pole příslušnému účastníkovi. Druhá strana pole SN je považována za neaktivní. Pokud dojde k poruše, okamžitě se jejím prostřednictvím zahájí přenos a příjem uživatelských informací. Napájecí napětí LTG je +5V.

LTG implementuje následující funkce zpracování hovorů:

příjem a interpretace signálů přicházejících přes spojovací a
účastnické linky;

Přenos signalizačních informací;

přenos akustických tónů;

přenos a příjem zpráv do/z koordinačního procesoru (CP);

přenos zpráv do skupinových procesorů (GP) a příjem zpráv od
skupinové procesory ostatních LTG (viz obr. 1);

vysílání a přijímání požadavků do/z kontroléru signalizační sítě přes společný kanál (CCNC);

kontrola alarmů vstupujících do DLU;

koordinace stavů na linkách se stavy standardního rozhraní 8 Mbit/s s duplikovaným přepínacím polem SN;

navazování spojení pro přenos uživatelských informací.

K implementaci různých typů vedení a způsobů signalizace se používá několik typů LTG. Liší se implementací hardwarových bloků a specifických aplikačních programů ve skupinovém procesoru (CP). Bloky LTG mají velké množství modifikací, které se liší použitím a schopnostmi. Například blok LTG funkce B slouží k připojení: až 4 primárních digitálních komunikačních linek typu PCM30 (PCM30/32) s přenosovými rychlostmi 2048 kbit/s; až 2 digitální komunikační linky s přenosovou rychlostí 4096 kbit/s pro místní přístup DLU.

Blok C funkce LTG slouží k připojení až 4 primárních digitálních komunikačních linek s rychlostí 2048 kbit/s.

V závislosti na účelu LTG (B nebo C) existují rozdíly ve funkčním provedení LTG, například v softwaru skupinového procesoru. Výjimkou jsou moderní moduly LTGN, které jsou univerzální a pro změnu jejich funkčního určení je nutné je programově „přetvořit“ s jinou zátěží (viz tabulka 2 a obr. 4).

Tabulka 2 Specifikace Line Group N (LTGN).

Jak je znázorněno na obr. 5, systém EWSD poskytuje kromě standardních 2 Mbit/s rozhraní (RSMZ0) externí systémové rozhraní s vyšší přenosovou rychlostí (155 Mbit/s) s multiplexory typu STM-1 synchronního SDH. digitální hierarchická síť na optických linkách komunikace. Je použit ukončovací multiplexer typu N (synchronní duální zakončení multiplexer, SMT1D-N) nainstalovaný na skříni LTGM.

Multiplexer SMT1D-N může být prezentován ve formě základní konfigurace s rozhraním 1xSTM1 (60xРSMЗ0) nebo ve formě plné konfigurace s rozhraními 2xSTM1 (120хРSMЗ0).

Obr.5. Připojení SMT1 D-N k síti

Spínací pole SN Spínací systémy EWSD vzájemně propojují subsystémy LTG, CP a CCNC. Jeho hlavním úkolem je navazování spojení mezi skupinami LTG. Každé spojení je navázáno současně přes obě poloviny (roviny) spínacího pole SN0 a SN1, takže při výpadku jedné strany pole je vždy záložní spojení. V spínacích systémech typu EWSD lze použít dva typy spínacích polí: SN a SN(B). Spínací pole typu SN(B) je novým vývojem a vyznačuje se menšími rozměry, vyšší dostupností a sníženou spotřebou energie. Existují různé možnosti pro uspořádání SN a SN(B):

spínací pole pro skupiny vedení 504 (SN:504 LTG);

spínací pole pro skupiny vedení 1260 (SN: 1260 LTG);

spínací pole pro 252 skupin linek (SN:252 LTG);

spínací pole pro 63 skupin linek (SN:63 LTG).

Hlavní funkce spínacího pole jsou:

přepínání okruhů; přepínání zpráv; přepnutí na rezervu.

Spínací pole přepíná kanály a spojení přenosovou rychlostí 64 kbit/s (viz obr. 6). Každé spojení vyžaduje dvě spojovací cesty (například volající k volanému a volaný k volajícímu). Koordinační procesor vyhledává volné cesty přepínacím polem na základě informací o obsazenosti spojovacích cest aktuálně uložených v paměťovém zařízení. Spínání spojovacích cest je prováděno ovládacími zařízeními spínací skupiny.

Každé přepínačové pole má svou vlastní řídicí jednotku, sestávající z řídicí jednotky skupiny spínačů (SGC) a modulu rozhraní mezi SGC a jednotkou vyrovnávací paměti zpráv MBU:SGC. Při minimální kapacitě stupně 63 LTG se na spínání propojovací cesty podílí jeden SGC ze skupiny spínačů, avšak při kapacitách stupňů 504, 252 nebo 126 LTG jsou použity dva nebo tři SGC. To závisí na tom, zda jsou účastníci připojeni ke stejné TS skupině nebo ne. Příkazy pro navázání spojení jsou vydávány každému zúčastněnému GP přepínací skupiny procesorem CP.

Kromě spojení specifikovaných účastníky vytočením čísla přepínací pole přepíná spojení mezi skupinami linek a koordinačním procesorem CP. Tato připojení se používají k výměně řídicích informací a nazývají se semipermanentní vytáčená připojení. Díky těmto spojením dochází k výměně zpráv mezi skupinami linek bez spotřebovávání zdrojů koordinační procesorové jednotky. Na principu semipermanentních spojení jsou rovněž zřízena hřebíčková spojení a spojení pro signalizaci přes společný kanál.

Spínací pole v systému EWSD se vyznačuje úplnou dostupností. To znamená, že každé 8bitové kódové slovo přenášené na páteřní síti vstupující do přepínacího pole může být přeneseno v jakémkoli jiném časovém slotu na páteřní síti vycházející z přepínacího pole. Všechny dálnice s přenosovou rychlostí 8192 kbit/s mají 128 kanálů s přenosovou kapacitou 64 kbit/s každá (128x64 = 8192 kbit/s). Stupně spínacího pole s kapacitami SN:504 LTG, SN:252 LTG, SN:126 LTG mají následující strukturu:

příchozí fáze s jedním časovým přepínáním (TSI);

tři stupně prostorového přepínání (SSM);

jednorázový odchozí stupeň přepínání (TSO).

Mezi malé a střední stanice (SN:63LTG) patří:

jednorázový vstupní stupeň (TSI);

jeden stupeň prostorového přepínání (SS);

jeden odchozí časový spínací stupeň (TSO).

Obr.6. Příklad navázání spojení ve spínacím poli SN

Koordinační procesor 113 (CP113 nebo CP113C) je multiprocesor, jehož kapacita se postupně zvyšuje.V multiprocesoru CP113C pracují dva nebo více stejných procesorů paralelně se sdílením zátěže. Hlavními funkčními bloky multiprocesoru jsou: hlavní procesor (MAP) pro zpracování volání, obsluhu a údržbu; procesor pro zpracování hovorů (CAP), navržený pro zpracování hovorů; sdílené úložiště (CMY); vstupně/výstupní řadič (IOC); vstupní/výstupní procesor (IOP). Každý procesor VAP, CAP a IOP obsahuje jednu jednotku pro provádění programu (PEX). V závislosti na tom, zda mají být implementovány jako procesory VAP, CAP procesory nebo řadiče I0C, se aktivují specifické hardwarové funkce.

Uveďme hlavní technické údaje VAR, CAP a IOC. Typ procesoru - MC68040, taktovací frekvence -25 MHz, šířka adresy 32 bitů a šířka dat 32 bitů, šířka slova - 32 datových bitů. Data místní paměti: rozšíření - maximálně 64 MB (na základě 16M bit DRAM); rozšiřující stupeň 16 MB. Data Flash EPROM: rozšíření o 4 MB. Koordinační procesor CP provádí následující funkce: zpracování hovorů (analýza číslic, řízení směrování, výběr oblasti služeb, výběr cesty v poli přepínání, účtování nákladů na hovory, správa provozních dat, správa sítě); provoz a údržba - vstup a výstup z externích paměťových zařízení (EM), komunikace s terminálem provozu a údržby (OMT), komunikace s procesorem přenosu dat (DCP). 13

Panel SYP (viz obr. 1) zobrazuje externí alarmy, například informace o požáru. Externí paměť EM slouží k ukládání programů a dat, která není nutné trvale ukládat v CP, celý systém aplikačních programů pro automatickou obnovu dat o tarifování telefonních hovorů a změnách provozu.

Software je zaměřen na provádění specifických úloh odpovídajících subsystémům EWSD. Operační systém (OS) se skládá z programů, které jsou hardwaru blízké a jsou obvykle stejné pro všechny přepínací systémy.

Maximální kapacita zpracování hovorů SR je přes 2 700 000 hovorů za hodinu ve špičce. Charakteristika CP systému EWSD: kapacita úložiště - až 64 MB; kapacita adresování - až 4 GB; magnetická páska - až 4 zařízení, každé 80 MB; magnetický disk - až 4 zařízení, každé 337 MB.

Úkolem Message Buffer (MB) je řídit výměnu zpráv:

mezi koordinačním procesorem CP113 a skupinami LTG;

mezi CP113 a ovladači spínací skupiny SGCB) spínací pole;

mezi skupinami LTG;

mezi LTG a kontrolérem signalizační sítě přes společný CCNC kanál.

Prostřednictvím MV lze přenášet následující typy informací:

zprávy jsou odesílány z DLU, LTG a SN do koordinačního procesoru CP113;

zprávy jsou odesílány z jednoho LTG do druhého (zprávy jsou směrovány přes CP113, ale nejsou jím zpracovávány);

instrukce jsou odesílány z CCNC do LTG az LTG do CCNC, jsou směrovány přes CP113, ale nejsou jím zpracovávány;

příkazy jsou odesílány z CP113 do LTG a SN. MV převádí informace pro přenos prostřednictvím sekundárního digitálního toku (SDC) a posílá je do LTG a SGC.

V závislosti na kapacitní fázi může duplicitní MB zařízení obsahovat až čtyři skupiny vyrovnávací paměti zpráv (MBG). Tato funkce je implementována v síťovém uzlu s redundancí, to znamená, že MB0 zahrnuje skupiny MBG00...MBG03 a MB1 zahrnuje skupiny MBG10...MBG13.

Na systému č. 7 jsou vybaveny spínací systémy EWSD se signalizací přes společný kanál řídicí zařízení signalizační sítě přes společný CCNC kanál. K CCNC zařízení lze připojit až 254 signalizačních linek prostřednictvím analogových nebo digitálních komunikačních linek.

CCNC zařízení je připojeno ke spínacímu poli pomocí komprimovaných linek s přenosovou rychlostí 8 Mbit/s. Mezi CCNC a každou rovinou spínacího pole je 254 kanálů pro každý směr přenosu (254 kanálových párů).

Kanály přenášejí signalizační data přes obě roviny SN do a ze skupin linek rychlostí 64 kbit/s. Analogové signálové cesty jsou připojeny k CCNC přes modemy. CCNC se skládá z: maximálně 32 skupin, každá s 8 terminály signálové cesty (32 skupin SILT); jeden redundantní společný kanálový procesor (CCNP).

Kontrolní otázky

1.V kterém bloku se provádí analogově-digitální konverze?

2. Kolik analogových účastnických linek lze zahrnout do DLUB? Pro jakou kapacitu je tento blok určen?

3. Jakou rychlostí se přenáší informace mezi DLU a LTG, mezi LTG a SN?

4. Vyjmenujte hlavní funkce spínacího pole. Jakou rychlostí je realizováno spojení mezi účastníky.

5. Vyjmenujte možnosti organizace spínacího pole systému EWSD.

6. Vyjmenujte hlavní fáze spínání se spínacím polem.

7.Zvažte průchod konverzační cesty přes spínací pole spínacího systému EWSD.

8. Jaké funkce zpracování hovorů jsou implementovány v blocích LTG?

9. Jaké funkce implementuje strana VN?

©2015-2019 web
Všechna práva náleží jejich autorům. Tato stránka si nečiní nárok na autorství, ale poskytuje bezplatné použití.
Datum vytvoření stránky: 2017-06-11

Sítě s přepojováním okruhů mají několik důležitých společných vlastností, bez ohledu na typ multiplexování, který používají.

Sítě s dynamickým přepínáním vyžadují předběžný postup pro vytvoření spojení mezi účastníky. K tomu je adresa volaného účastníka přenášena do sítě, která prochází přepínači a konfiguruje je pro následný přenos dat. Požadavek na spojení je směrován z jednoho přepínače do druhého a nakonec se dostane k volanému. Síť může odmítnout navázání spojení, pokud je kapacita požadovaného výstupního kanálu již vyčerpána. Pro FDM přepínač je kapacita výstupního kanálu rovna počtu frekvenčních pásem tohoto kanálu a pro TDM přepínač - počet časových slotů, do kterých je rozdělen provozní cyklus kanálu. Síť také odmítne připojení, pokud požadovaný účastník již navázal spojení s někým jiným. V prvním případě říkají, že přepínač je zaneprázdněn, a ve druhém - účastník. Nevýhodou způsobu přepínání okruhů je možnost selhání spojení.

Pokud lze spojení navázat, pak je mu přiděleno pevné frekvenční pásmo v sítích FDM nebo pevná šířka pásma v sítích TDM. Tyto hodnoty zůstávají nezměněny po celou dobu připojení. Zaručená propustnost sítě po navázání spojení je důležitou vlastností vyžadovanou pro aplikace, jako je ovládání hlasu, videa nebo zařízení v reálném čase. Sítě s přepojováním okruhů však nemohou dynamicky měnit kapacitu kanálu na žádost předplatitele, což je činí neúčinnými v podmínkách přerušovaného provozu.

Nevýhodou sítí s přepojováním okruhů je nemožnost použití uživatelského zařízení pracujícího různými rychlostmi. Jednotlivé části kompozitního obvodu pracují stejnou rychlostí, protože sítě s přepojováním okruhů neukládají uživatelská data do vyrovnávací paměti.

Sítě s přepojováním okruhů se dobře hodí pro přepínání datových toků s konstantní rychlostí, kde jednotkou přepínání není jeden bajt nebo datový paket, ale dlouhodobý synchronní datový tok mezi dvěma účastníky. Pro takové toky sítě s přepojováním okruhů přidávají minimální režii pro směrování dat sítí, přičemž jako cílovou adresu v síťových přepínačích používají časovou pozici každého bitu toku.

Poskytování duplexního provozu založeného na technologiích FDM, TDM a WDM

V závislosti na směru možného přenosu dat se způsoby přenosu dat po komunikační lince dělí na následující typy:

o simplexní - přenos se provádí po komunikační lince pouze jedním směrem;

o poloduplexní - přenos se provádí oběma směry, ale střídavě v čase. Příkladem takového přenosu je technologie Ethernet;

o duplexní - přenos probíhá současně ve dvou směrech.

Duplexní režim je nejuniverzálnější a nejproduktivnější způsob provozu kanálu. Nejjednodušší možností pro uspořádání duplexního režimu je použití dvou nezávislých fyzických kanálů (dva páry vodičů nebo dvě optická vlákna) v kabelu, z nichž každý pracuje v simplexním režimu, to znamená, že přenáší data v jednom směru. Právě tato myšlenka je základem implementace duplexního provozního režimu v mnoha síťových technologiích, jako je Fast Ethernet nebo ATM.

Někdy takové jednoduché řešení není dostupné nebo efektivní. Nejčastěji se to děje v případech, kdy existuje pouze jeden fyzický kanál pro duplexní výměnu dat a organizace druhého kanálu je spojena s vysokými náklady. Například při výměně dat pomocí modemů přes telefonní síť má uživatel k dispozici pouze jeden fyzický komunikační kanál s ústřednou - dvoudrátovou linku a pořizovat si druhou je stěží vhodné. V takových případech je duplexní provozní režim organizován na základě rozdělení kanálu na dva logické subkanály pomocí technologie FDM nebo TDM.

Modemy využívají technologii FDM k organizaci duplexního provozu na dvouvodičové lince. Modemy s frekvenční modulací pracují na čtyřech frekvencích: dvě frekvence pro kódování jedniček a nul v jednom směru a zbývající dvě frekvence pro přenos dat v opačném směru.

S digitálním kódováním je duplexní režim na dvouvodičové lince organizován pomocí technologie TDM. Některé časové úseky se používají k přenosu dat v jednom směru a některé se používají k přenosu dat v druhém směru. Časové úseky v opačných směrech se obvykle střídají, a proto se této metodě někdy říká „ping-pong“ přenos. Rozdělení linek TDM je typické například pro digitální sítě integrovaných služeb (ISDN) na dvouvodičových koncích účastníka.

V kabelech z optických vláken, když je jedno optické vlákno použito k organizaci duplexního režimu provozu, jsou data přenášena v jednom směru pomocí světelného paprsku jedné vlnové délky a v opačném směru pomocí jiné vlnové délky. Tato technika patří k metodě FDM, ale u optických kabelů se nazývá vlnové multiplexování (WDM). WDM se také používá ke zvýšení rychlosti přenosu dat v jednom směru, obvykle pomocí 2 až 16 kanálů.

Přepínání paketů

Principy přepojování paketů

Přepínání paketů je technika přepínání předplatitelů, která byla speciálně navržena pro efektivní přenos počítačového provozu. Experimenty s vytvořením prvních počítačových sítí založených na technologii přepínání okruhů ukázaly, že tento typ přepínání neumožňuje dosáhnout vysoké celkové propustnosti sítě. Jádro problému spočívá v nárazové povaze provozu, který typické síťové aplikace generují. Například při přístupu na vzdálený souborový server si uživatel nejprve prohlédne obsah adresáře tohoto serveru, což má za následek přenos malého množství dat. Poté otevře požadovaný soubor v textovém editoru, což je operace, která může vytvořit poměrně velkou výměnu dat, zejména pokud soubor obsahuje velkou grafiku. Po zobrazení několika stránek souboru s nimi uživatel chvíli pracuje lokálně, což nevyžaduje vůbec žádný síťový přenos, a poté vrací upravené kopie stránek na server – což opět vytváří intenzivní síťový přenos.

Faktor zvlnění provozu jednotlivého uživatele sítě, rovný poměru průměrné intenzity výměny dat k maximální možné, může být 1:50 nebo 1:100. Pokud pro popsanou relaci organizujeme přepínání kanálů mezi počítačem uživatele a serverem, bude kanál většinu času nečinný. Zároveň budou využity přepínací schopnosti sítě - část časových slotů nebo frekvenčních pásem přepínačů bude obsazena a nedostupná pro ostatní uživatele sítě.

Když dojde k přepínání paketů, všechny zprávy přenášené uživatelem sítě jsou ve zdrojovém uzlu rozděleny na relativně malé části nazývané pakety. Připomeňme, že zpráva je logicky dokončený kus dat - požadavek na přenos souboru, odpověď na tento požadavek obsahující celý soubor atd. Zprávy mohou mít libovolnou délku, od několika bajtů až po mnoho megabajtů. Naopak pakety mohou mít většinou také proměnnou délku, ale v úzkých mezích, například od 46 do 1500 bajtů. Každý paket je opatřen hlavičkou, která specifikuje informace o adrese potřebné k doručení paketu do cílového uzlu a také číslo paketu, které bude cílovým uzlem použito k sestavení zprávy (obrázek 2.29). Pakety jsou v síti přenášeny jako nezávislé informační bloky. Síťové přepínače přijímají pakety od koncových uzlů a na základě informací o adrese je přenášejí mezi sebou a nakonec do cílového uzlu.

Rýže. 2.29. Rozdělení zprávy do paketů

Přepínače paketové sítě se od přepínačů okruhů liší tím, že mají vnitřní vyrovnávací paměť pro dočasné uložení paketů, pokud je výstupní port přepínače v době přijetí paketu zaneprázdněn vysíláním dalšího paketu (obr. 2.30). V tomto případě paket zůstává nějakou dobu ve frontě paketů ve vyrovnávací paměti výstupního portu, a když na něj dorazí řada, je přenesen na další přepínač. Toto schéma přenosu dat umožňuje vyhladit zvlnění provozu na páteřních spojích mezi přepínači a tím je co nejefektivněji využít ke zvýšení propustnosti sítě jako celku.

Rýže. 2.30. Vyhlazování burstového provozu v síti s přepínáním paketů

Ve skutečnosti by pro dvojici účastníků bylo nejúčinnější poskytnout jim výhradní použití komutovaného komunikačního kanálu, jak je tomu v sítích s přepojováním okruhů. S tímto způsobem by byla doba interakce této dvojice účastníků minimální, protože data by byla přenášena od jednoho účastníka k druhému bez zpoždění. Předplatitele nezajímají výpadky kanálu během přenosových pauz, je pro ně důležité rychle vyřešit svůj vlastní problém. Síť s přepojováním paketů zpomaluje proces interakce mezi konkrétní dvojicí účastníků, protože jejich pakety mohou čekat v přepínačích, zatímco ostatní pakety, které dorazily do přepínače dříve, jsou přenášeny po páteřních spojích.

Avšak celkové množství počítačových dat přenášených sítí za jednotku času pomocí techniky přepojování paketů bude vyšší než při použití techniky přepínání okruhů. To se děje proto, že pulzace jednotlivých účastníků jsou v souladu se zákonem velkých čísel rozloženy v čase. Proto jsou přepínače neustále a poměrně rovnoměrně zatěžovány prací, pokud je počet účastníků, kteří obsluhují, opravdu velký. Na Obr. Obrázek 2.30 ukazuje, že provoz přicházející z koncových uzlů do přepínačů je v čase velmi nerovnoměrně rozložen. Přepínače vyšší úrovně v hierarchii, kde jsou servisní spojení mezi přepínači nižší úrovně zatíženy rovnoměrněji, a tok paketů na dálkových spojích spojujících přepínače vyšší úrovně je téměř maximálně využíván.

Vyšší účinnost sítí s přepojováním paketů ve srovnání se sítěmi s přepojováním okruhů (se stejnou kapacitou komunikačního kanálu) byla prokázána v 60. letech experimentálně i pomocí simulačního modelování. Zde je vhodná analogie s víceprogramovými operačními systémy. Spuštění každého jednotlivého programu v takovém systému trvá déle než v jednoprogramovém systému, kde je programu přidělen veškerý čas procesoru, dokud nedokončí své provedení. Celkový počet programů provedených za jednotku času je však větší v systému s více programy než v systému s jedním programem.

Širokoplošná komunikace založená na sítích s přepínáním okruhů

Pronajaté okruhy představují nejspolehlivější způsob propojení lokálních sítí prostřednictvím globálních komunikačních kanálů, protože celá kapacita takového vedení je vždy k dispozici interagujícím sítím. Jde však také o nejdražší typ globálních připojení – pokud existuje N vzdálených lokálních sítí, které si mezi sebou intenzivně vyměňují data, je potřeba mít Nx(N-l)/2 pronajatých linek. Pro snížení nákladů na globální přenos se používají dynamicky přepínané kanály, jejichž cena je rozdělena mezi mnoho předplatitelů těchto kanálů.

Služby telefonní sítě jsou nejlevnější, protože jejich přepínače jsou placeny velkým počtem účastníků využívajících telefonní služby, a nikoli pouze účastníky, kteří kombinují své místní sítě.

Telefonní sítě se dělí na analogové a digitální v závislosti na způsobu multiplexování účastnických a dálkových kanálů. Přesněji řečeno, digitální jsou sítě, ve kterých jsou informace prezentovány na koncích účastníka v digitální formě a ve kterých se používají metody digitálního multiplexování a přepojování, a analogové jsou sítě, které přijímají data od účastníků v analogové formě, tedy z klasických analogových telefonů, a Multiplexování a přepínání se provádí pomocí analogových i digitálních metod. V posledních letech probíhá poměrně intenzivní proces nahrazování přepínačů telefonních sítí digitálními přepínači, které fungují na bázi technologie TDM. Taková síť však stále zůstane analogovou telefonní sítí, i když všechny ústředny pracují pomocí technologie TDM, zpracovávají data v digitální podobě, pokud konce jejích účastníků zůstanou analogové, a převod z analogového na digitální se provádí v síti PBX nejblíže předplatitel. Nová technologie modemu V.90 dokázala využít toho, že existuje velké množství sítí, ve kterých je většina přepínačů digitální.

Mezi telefonní sítě s digitálními účastnickými koncovkami patří tzv. služby Switched 56 (přepínané kanály 56 Kbit/s) a digitální sítě s integrovanými službami ISDN (Intergrated Services Digital Network). Služby Switched 56 se objevily v řadě západních zemí v důsledku poskytování digitálního ukončení kompatibilního se standardy linky T1 koncovým účastníkům. Tato technologie se nestala mezinárodním standardem a dnes je nahrazena technologií ISDN, která takový status má.

ISDN sítě jsou určeny nejen k přenosu hlasu, ale také počítačových dat, a to i prostřednictvím přepojování paketů, díky čemuž se jim říká sítě s integrovanými službami. Hlavním režimem provozu sítí ISDN však zůstává přepojování okruhů a služba přepojování paketů má na moderní standardy příliš nízkou rychlost - obvykle až 9600 bps. Technologie ISDN bude proto diskutována v této části o sítích s přepojováním okruhů. Nová generace sítí integrovaných služeb, nazývaná B-ISDN (od broadband), je zcela založena na technologii přepínání paketů (přesněji řečeno na buňkách technologie ATM), proto bude tato technologie probrána v části o sítích přepínání paketů.